Jeśli jesteś nowy w dziedzinie laserów, prawdopodobnie zastanawiałeś się: Do czego mogę użyć lasera diodowego? Odpowiedź zależy od Twojego zastosowania, ale zasadniczo technologia ta ma wiele zastosowań. Oto kilka przykładów:
Zastosowania
W wielu zastosowaniach diody laserowe są używane w połączeniu z materiałem półprzewodnikowym. Na przykład, diody laserowe są używane w systemie odbioru w odtwarzaczu płyt kompaktowych. Kiedy odtwarzana jest płyta CD, informacje audio są cyfrowo zapisywane na jej powierzchni w stereo. Układ soczewek skupia wiązkę lasera na powierzchni płyty CD. Gdy płyta CD obraca się, nagrana ścieżka zmienia światło lasera. Odbijając się od powierzchni, zostaje ono odbite przez fotodiody na podczerwień. Sygnał z fotodiod jest następnie wykorzystywany do odtworzenia cyfrowo zapisanego dźwięku. Do innych zastosowań diod laserowych należą systemy światłowodowe – fragment ten jest twórczością ekspertów portalu .
Innym zastosowaniem diod laserowych jest zastosowanie przemysłowe. Zastosowania przemysłowe obejmują cięcie, wiercenie i spawanie. Zastosowania medyczne obejmują laserowe leczenie zębów i usuwanie niepożądanych tkanek. W instrumentarium naukowym diody laserowe są wykorzystywane jako bezkontaktowe urządzenia pomiarowe, spektrometry i dalmierze. W przemyśle telekomunikacyjnym diody laserowe w paśmie 1,3 mm są głównym źródłem światła. W dziedzinie fotoniki diody są szeroko stosowane w światłowodowych systemach telekomunikacyjnych.
Długość fali 810 nm lasera diodowego jest szczególnie skuteczna w leczeniu tkanek przekrwionych. Pozwala to zmniejszyć ryzyko powikłań pooperacyjnych związanych z usuwaniem uszkodzonych tkanek. Ponadto moc impulsów lasera jest wyższa niż energia wymagana do pojedynczego zabiegu. Ponadto, jeśli pożądana jest selektywna fototermoliza, wymagana jest wyższa moc impulsu. Niestety większość laserów diodowych nie jest wyposażona w takie możliwości.
Koherencja
Laser diodowy to półprzewodnikowe źródło światła, które może wytwarzać promieniowanie koherentne. Jego wiązka jest formowana przez półprzewodnikowy układ scalony napędzany napięciem. Wiązka wychodząca i powracająca są wzajemnie spójne, ale istnieje między nimi kilka różnic. Wiązka wychodząca jest bardziej spójna niż wiązka powracająca. Różnica między polaryzacjami i fazami obu wiązek może powodować powstawanie na powierzchni lasera frędzli interferencyjnych. Powstałe promieniowanie nazywane jest emitowanym fotonem i klasyfikowane jest jako źródło światła spontanicznego lub indukowanego.
Laser diodowy do koherencji działa poprzez emisję fotonów. To odróżnia go od konwencjonalnej półprzewodnikowej diody złączowej emitującej fony. W przeciwieństwie do lasera półprzewodnikowego, laser diodowy koherencyjny wykorzystuje półprzewodnik o strukturze fizycznej umożliwiającej emisję fotonów. Półprzewodniki jednoelementowe to krzem i german, natomiast półprzewodniki złożone wykorzystują do emisji światła naprzemienne układy dwóch różnych gatunków atomów.
Istnieje wiele zastosowań laserów diodowych. Lasery te są wykorzystywane w wielu różnych dziedzinach, w tym: telekomunikacji optycznej, skanowaniu obrazów, desygnatach, zapłonie spalania, terapii fotodynamicznej oraz sortowaniu i obróbce przemysłowej. Mogą być również wykorzystywane w procesie produkcyjnym w zastosowaniach, które nie wymagają emitowania światła spójnego. Ponadto niektóre lasery diodowe mogą być wykorzystywane w interferometrii, komunikacji koherentnej i innych badaniach naukowych.
Uszkodzenia termiczne
W zależności od długości fali i mocy wyjściowej, lasery diodowe mogą powodować umiarkowane lub poważne uszkodzenia termiczne tkanek. Modyfikacje spowodowane przez laser diodowy mogą utrudniać ocenę zmian komórkowych w leczonych obszarach. Dotyczy to szczególnie tkanek miękkich w jamie ustnej. W niektórych badaniach nie odnotowano jednak żadnych modyfikacji tkanek, podczas gdy w innych stwierdza się umiarkowany stopień uszkodzenia patomorfologicznego. Może się to różnić w zależności od metody badawczej.
Zastosowanie laserów w kosmetologii medycznej i chirurgii kosmetycznej wymaga dokładnej kontroli użytej energii. Zbyt duże napromieniowanie może spowodować termiczne uszkodzenie tkanek prawidłowych, a ciepło resztkowe może również spowodować uszkodzenie tkanek powierzchniowych. Badanie to miało na celu określenie optymalnych warunków dla zabiegu laserowego i przewidzenie uszkodzeń termicznych tkanek powierzchniowych. W tym badaniu, laser diodowy 810 nm został użyty do napromieniowania wątroby świńskiej. Po obróbce laserowej temperatura powierzchni była mierzona za pomocą termografii w podczerwieni.
Podczas gdy laser erbowy może powodować jedynie niewielkie zmiany w strefie obwodowej, laser diodowy powoduje znaczne zmiany w uszkodzonej termicznie tkance. Laser diodowy do uszkodzeń termicznych jest wykorzystywany do wielu zastosowań, m.in. do wybielania i odkażania zębów. Lasery diodowe mają szeroki zakres długości fal, które mogą powodować szeroki zakres uszkodzeń. Ten typ lasera ma również wiele korzyści w zastosowaniach stomatologicznych, w tym możliwość leczenia tkanek miękkich.
Dalmierz
Laserowe urządzenia dalekosiężne wykorzystują wiązkę laserową do pomiaru odległości. Najpopularniejszą metodą pomiaru odległości jest zasada czasu przelotu (ToF), która mierzy czas potrzebny na przebycie impulsu laserowego od źródła światła do obiektu zainteresowania. Fotodiody są najbardziej rozpowszechnionym typem detektora laserowego w zastosowaniach do pomiaru odległości. Fotodiody są jednak tańsze, a także wygodniejsze w użyciu w zastosowaniach do pomiaru odległości. W szczególności, diodowy detektor laserowy S13773 charakteryzuje się wysoką czułością w obszarze widzialnym, z częstotliwością odpowiedzi wynoszącą 500 MHz. Ponadto, spełnia on normy JEDEC na poziomie 2a.
Inna metoda wykorzystuje koherentno-optyczną technikę time-of-flight. W tej technice niedrogie urządzenie moduluje częstotliwość optyczną diody laserowej i mierzy zmianę fazy odbitego światła. Metoda ta jest również w stanie zmierzyć prędkość celu. Dzięki zastosowaniu tej metody możliwe jest uzyskanie rozdzielczości w skali subcentymetrowej w zakresie 1,5 m. Mimo, że technika C-TOF nie jest jeszcze dostępna komercyjnie, stanowi ekscytującą możliwość dla pomiarów zasięgu.
Wysoka moc szczytowa lasera diodowego pomaga w pomiarach odległości, ale może być niebezpieczna dla zdrowia ludzkich oczu. Lasery pracujące w bliskiej podczerwieni są szczególnie niebezpieczne dla oczu. Ten typ lasera może być zbyt intensywny, aby używać go na zewnątrz. Niemniej jednak, nadal możliwe jest używanie pulsacyjnego dalmierza laserowego w pomieszczeniach. Dzięki szerokości impulsu mniejszej niż pięć nanosekund, urządzenie to nadaje się do zastosowań laboratoryjnych, gdzie odległości mierzone są na przestrzeni kilku centymetrów.
Kryptografia z kluczem kwantowym
Kryptografia z kluczem kwantowym to zaawansowana forma szyfrowania cyfrowego, która wykorzystuje fizyczne właściwości układów kwantowych. Jednym z najbardziej znanych przykładów kryptografii kwantowej jest kwantowa dystrybucja kluczy, która oferuje teoretycznie bezpieczne rozwiązanie problemu wymiany kluczy. Nie jest ona jeszcze powszechnie akceptowana, ale badacze mają nadzieję, że pewnego dnia stanie się powszechnie stosowaną technologią. Przyjrzyjmy się bliżej tej innowacyjnej formie kryptografii.
Klasyczna kryptografia opiera się na algorytmie Vernam one-time pad, który generuje rozmiar klucza na podstawie danych wejściowych. Następnie XOR-uje klucz z danymi wejściowymi, tworząc szyfrogram. Odbiorca może odszyfrować ten szyfrogram tylko za pomocą klucza, który jest fizycznie współdzielony. Podczas gdy klasy
czna kryptografia nie stwarza problemu bezpieczeństwa fizycznego, stwarza problem bezpieczeństwa w przypadku danych przekazywanych na zewnątrz. Istniejące modele bezpieczeństwa opierają się na pewnych założeniach. Rozwiązania takie jak rozproszona odpowiedzialność i możliwe do udowodnienia posiadanie danych są bezpieczne tak długo, jak długo te założenia są prawdziwe. Jednak kryptografia z kluczem kwantowym może wyeliminować te problemy.
Klasycznym atakiem, który może skompromitować każdą formę szyfrowania cyfrowego jest atak man-in-the-middle. W tym ataku osoba trzecia, zwykle nazywana Ewą, monitoruje kanał komunikacyjny między Alicją i Bobem i przechwytuje ich wiadomości. Podsłuchiwacz następnie kopiuje wszystkie wiadomości, które są wysyłane między Alicją i Bobem. Nietrudno zauważyć, że tego typu atak może być niszczący. W tym artykule omówiono niektóre konsekwencje kryptografii z kluczem kwantowym oraz to, jak można ją wykorzystać do zapobiegania podsłuchom.
Oczyszczanie wody
Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu oczyszczania wody przy użyciu lasera diodowego w pobliżu punktu użycia (punktu obsługi). Woda jest doprowadzana do obszaru oczyszczania przez rurkę wodociągową i w trakcie przepływu poddawana jest działaniu światła lasera. Światło z lasera reaguje z mikroorganizmami obecnymi w wodzie i zabija je. Oczyszczona woda jest następnie dostarczana do punktu poboru.
W tym badaniu laser diodowy został wykorzystany do uzdatniania próbki wody studziennej zanieczyszczonej przez bakterie. Diody emitują światło ultrafioletowe i widzialne. Próbkę skażonej wody umieszczono w specjalnie skonstruowanej komorze i poddano działaniu diod LED przez trzy dni. Skuteczność procesu oczyszczania oceniano poprzez pomiar liczby bakterii coli i zastosowanie wody referencyjnej.
W innym badaniu przeprowadzono eksperyment mający na celu określenie, czy metoda oczyszczania jest skuteczna wobec zdegradowanych materiałów kolagenowych. W tym badaniu wykorzystano historyczne skórzane buty przechowywane w Państwowym Muzeum Auschwitz-Birkenau. Badacze zebrali próbki za pomocą zwilżonych wymazów i poddali je analizie mikrobiologicznej za pomocą MALDI-TOF MS, 16S rRNA i sekwencjonowania NGS. Uzyskane dane wykazały, że powierzchnie poddane działaniu lasera były kolonizowane zarówno przez grzyby, jak i bakterie, choć grzyby występowały częściej.
Podobne tematy
